JP2010144590A

JP2010144590A - 蒸発燃料処理装置

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Publication number: JP2010144590A
Application number: JP2008321692A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ichikawa; 市川　　隆; Masaru Nakano; 中野　　勝
Original assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Current assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: EP2199587A3; US8375925B2; US20100154755A1; JP5290730B2; EP2199587A2

Abstract

【課題】キャニスタのパージ効率を向上させた蒸発燃料処理装置を提供する。
【解決手段】キャニスタ内の吸着材を加熱するためのＰＴＣヒータ１０に供給する電力を、キャニスタ内に導入するパージエア量に応じて可変制御する計量装置１５を設ける。計量装置１５は、キャニスタ内におけるパージエアの流路を遮るように配置され、そのパージエアの流量に応じて動作するフラップ１７と、ＰＴＣヒータ１０と電気的に直列に接続され、フラップ１７の位置に応じて電気抵抗が変化するポテンショメータ１６と、を備えていて、パージエアの流量増加に伴ってポテンショメータ１６における電気抵抗が減少し、ＰＴＣヒータ１０に供給する電力が増大する。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料タンクから発生した蒸発燃料をキャニスタ内の吸着材によって一時的に保持し、エンジン稼働時に上記吸着材から上記蒸発燃料に相当する燃料を脱離させてエンジンに供給する蒸発燃料処理装置に関し、特に、上記吸着材を加熱することによってパージ効率の向上を図った蒸発燃料処理装置に関する。

この種の蒸発燃料処理装置においては、エンジンの吸気負圧によってキャニスタ内にパージエアを導入し、そのパージエアによってキャニスタ内の吸着材に保持している燃料を脱離（パージ）すると、その燃料の気化潜熱によって吸着材が冷却され、燃料が吸着材から脱離し難くなることが知られている。そこで、上記吸着材をいわゆるＰＴＣサーミスタ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＴｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）からなる電気ヒータによって加熱し、キャニスタのパージ効率を向上させるようにした蒸発燃料処理装置が例えば特許文献１に提案されている。

この特許文献１に記載の蒸発燃料処理装置では、上記電気ヒータへの電力供給のＯＮ、ＯＦＦを、パージコントロールバルブと同様にエンジンの吸気圧をもって行うことで、キャニスタへのパージエアの導入開始と同時に上記電気ヒータへの通電が開始されるようになっている。
実開昭５８−１１１３４８号公報

ここで、燃料の脱離時に吸着材から奪われる熱量は、キャニスタに導入するパージエア量が多いほど、つまり吸着材から脱離する燃料が多いほど大きくなるため、上記電気ヒータへ供給する電力は、キャニスタに導入するパージエア量が多いときに十分な発熱量が得られるように設定することが望ましい。しかしながら、特許文献１に記載の技術においてこのように設定すると、キャニスタに導入するパージエア量が少ないときにも上記電気ヒータに比較的大きな電力が供給されることになるため、消費電力が増大し、車載のバッテリーが過負荷となったり、寿命が短くなったりする虞がある。また、冷間状態で上記電気ヒータへの電力供給をＯＮにしたときには、その電気ヒータの昇温のために一時的にさらに多くの電力を消費することになり、場合によっては過電流が流れてヒューズが切れてしまう虞がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、キャニスタのパージ効率を向上させつつも上記電気ヒータの消費電力を低減可能な蒸発燃料処理装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、燃料タンクで発生した蒸発燃料をキャニスタ内の吸着材に一旦保持し、エンジン稼働時にそのエンジンの吸気圧をもってキャニスタ内に導入したパージエアにより、上記吸着材から上記蒸発燃料に相当する燃料を脱離させて上記エンジンへ供給する蒸発燃料処理装置であって、電気ヒータをもって上記吸着材を加熱するようにしたものにおいて、上記キャニスタ内に導入するパージエア量に応じて上記電気ヒータに供給する電力を可変制御する給電制御手段を有していることを特徴としている。

この請求項１に記載の発明では、上記キャニスタ内に導入するパージエア量に応じて上記電気ヒータに供給する電力を積極的に可変制御することで、比較的多くのパージエアをキャニスタ内に導入しているときには、燃料の脱離によって吸着材から多量の熱が奪われることになるため、上記電気ヒータに比較的大きな電力を供給して十分な発熱量を得る一方、キャニスタ内に導入するパージエアが比較的少量であるときには、燃料の脱離によって吸着材から奪われる熱量が少量になるため、上記電気ヒータに供給する電力を小さくして消費電力を抑えることが可能になる。

具体的には請求項２に記載の発明のように、上記電気ヒータとしてＰＴＣヒータを用いることが望ましい。この請求項２に記載の発明では、ＰＴＣヒータの抵抗−温度特性により、ＰＴＣヒータ自体が周囲の温度に応じて自己の発熱量を制御することになるため、その発熱量の制御をより精度よく行うことができるようになる。

さらに具体的には請求項３に記載の発明のように、上記給電制御手段は、上記キャニスタ内におけるパージエアの流路を遮るように配置され、そのパージエアの流量に応じて動作するフラップと、上記電気ヒータに電力を供給するための電気回路に介装され、上記フラップの位置に応じて電気抵抗が変化する可変抵抗器と、を備えていて、上記パージエアの流量増加に伴って上記可変抵抗器の電気抵抗が減少し、上記電気ヒータに供給する電力が増大するように構成するとよい。これにより、コンピュータを用いることなく上記電気ヒータに供給する電力を制御できるようになる。

この場合、請求項４に記載の発明のように、上記可変抵抗器の電気抵抗が上記フラップの位置に応じて連続的に変化するようになっていると、上記電気ヒータに供給する電力をよりきめ細かく制御できるようになる。

また、請求項５に記載の発明のように、上記キャニスタの内部空間のうち上記エンジンの吸気通路に接続されるパージポートの直前に、上記吸着材の充填されていない蒸発燃料排出室が形成されていて、その蒸発燃料排出室に上記フラップが配置されていると、キャニスタから流出するパージエアの流れが確実に上記フラップに作用するようになるから、キャニスタ内におけるパージエアの流量を上記フラップをもって精度よく測定できるようになる。

本発明によれば、上記電気ヒータに供給する電力をパージエアの流量に応じて可変制御することにより、比較的多くのパージエアをキャニスタ内に導入しているときには上記電気ヒータに比較的大きな電力を供給して十分な発熱量を得る一方、キャニスタ内に導入するパージエアが比較的少量であるときには上記電気ヒータに供給する電力を小さくして消費電力を抑え、キャニスタのパージ効率を向上させつつも上記電気ヒータの消費電力を低減できるようになる。

図１〜４は本発明のより具体的な実施の形態を示す図であって、そのうち図１は本発明にかかる蒸発燃料処理装置におけるキャニスタの一部切欠平面図、図２は図１のＡ矢視図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。

図１〜３に示すように、本発明にかかる蒸発燃料処理装置のキャニスタ１は、吸着材である活性炭Ｃが収容されたキャニスタ本体２と、そのキャニスタ本体２の開口を閉塞するキャップ３と、を有している。なお、キャニスタ本体２およびキャップ３はそれぞれ合成樹脂材料をもって形成されており、例えば溶着によって互いに固着されている。

キャニスタ本体２は、それぞれ有底角筒状をなす第１収容部４および第２収容部５を有しており、それら両収容部４，５内にそれぞれ活性炭Ｃが充填されている。また、両収容部４，５は補強用のリブ６によって互いに連結され、キャニスタ本体２は全体として略直方体形状を呈している。

第１収容部４の底壁部には、図示外の燃料タンクに接続されるチャージポート７と、図示外のエンジンの吸気通路に接続されるパージポート８と、がそれぞれ設けられている一方、第２収容部５の底壁部には、大気開放される大気ポート９が設けられている。また、第１収容部４の内部空間と第２収容部５の内部空間とはキャップ３内に形成された接続通路をもって連通しており、その接続通路をもって折り返す略Ｕ字状の通路がキャニスタ１内に形成されている。

そして、周知のように、停車時等に図示外の燃料タンクで発生する蒸発燃料をチャージポート７からキャニスタ本体２の内部に導入し、その蒸発燃料を両収容部４，５内の活性炭Ｃに一時的に吸着保持する一方、エンジン稼働時に、そのエンジンの吸気圧をもって大気ポート９からキャニスタ１内へ導入したパージエアにより、活性炭Ｃに保持している上記蒸発燃料に相当する燃料を脱離させ、その燃料とパージエアとの混合気をパージポート８から図示外のエンジンの吸気通路へ供給するようになっている。

ここで、活性炭Ｃから燃料が脱離すると、その燃料の気化潜熱をもって周囲の温度が低下し、パージ効率が低下することから、ＰＴＣサーミスタからなるＰＴＣヒータ１０を電気ヒータとして第２収容部５内に配置している。そして、そのＰＴＣヒータ１０により、ＰＴＣヒータ１０付近の活性炭Ｃのみならず、大気ポート９から導入したパージエアによる熱伝達をもってキャニスタ１内全体の活性炭Ｃを暖めることでキャニスタ１のパージ効率を向上させるようになっている。

一方で、第１収容部４内には、当該第１収容部４の底部側の空間を、パージポート８に連通する断面略矩形状の蒸発燃料排出室１２と、チャージポート７に連通する蒸発燃料導入室１１とに二分する仕切壁１３が形成されていて、その仕切壁１３の先端に、通気性を有するフィルタ１４が支持されている。そして、そのフィルタ１４の反パージポート８側に活性炭Ｃが保持されている。

さらに、キャニスタ１内におけるパージエアの流路の一部を構成する蒸発燃料排出室１２には、キャニスタ１内に導入したパージエア量を計量し、そのパージエア量に応じてＰＴＣヒータ１０に供給する電力を可変制御する計量装置１５が給電制御手段として設けられている。なお、計量装置１５は、キャニスタ１内のパージエアの流路上においてパージポート８になるべく近接して設けることが好ましい。これにより、キャニスタ１から流出するパージエアの流量を精度よく測定可能となる。

計量装置１５は、蒸発燃料排出室１２内におけるパージエアの流量に応じて動作するフラップ１７と、後述するようにＰＴＣヒータ１０に電力を供給するための電気回路に介装され、フラップ１７の開度に応じて電気抵抗が変化する可変抵抗器としてのロータリ式のポテンショメータ１６と、を有している。

ポテンショメータ１６は、そのケーシング１６ａからパージエアの流れ方向に略直交する方向へ突出する入力軸１６ｂを有していて、その入力軸１６ｂの回転に伴って電気抵抗が変化するようになっている。

一方、フラップ１７は、略矩形板状を呈するフラップ本体１７ｂと、そのフラップ本体１７ｂとポテンショメータ１６の入力軸１６ｂとを連結する連結軸１７ａと、を有しており、入力軸１６ａを中心とした回転方向でその入力軸１６ａと一体に回転動作可能に設けられている。そして、パージエアの流れが無いときには、フラップ本体１７ｂが、パージエアの流れ方向における投影面上でパージポート８とオーバーラップしつつ、パージエアの流れ方向に直交する姿勢となる定常静止位置に位置するようになっている。つまり、フラップ本体１７ｂは、定常静止位置で、蒸発燃料排出室１２のうちその高さ方向におけるパージポート８側の一部を塞ぎ、その蒸発燃料排出室１２内におけるパージエアの流れの断面積を狭めている一方で、図３に仮想線で示すように、蒸発燃料排出室１２内にパージエアが流れると、そのパージエアにフラップ本体１７ｂが押圧されることにより、蒸発燃料排出室１２内におけるパージエアの流路を開き、蒸発燃料排出室１２内におけるパージエアの流れの断面積を広げるようにして、定常静止位置からパージポート８側へ回動することになる。

詳しくは、フラップ本体１７ｂの幅方向両端部に、フラップ１７をその回動方向で反パージポート８側、すなわち当該フラップ１７の閉方向側に向かって付勢する一対のリターンスプリング１８の一端がそれぞれ連結されている。両リターンスプリング１８は、フィルタ１４側に向かって斜め上方を指向するように配置されており、両リターンスプリング１８の他端が蒸発燃料排出室１２の上壁とフィルタ１４とのなすコーナー部でキャニスタ本体２に連結されている。これにより、パージエアの流れ方向における投影面上でフラップ本体１７ｂに両リターンスプリング１８がオーバーラップする領域をなるべく小さくし、フラップ本体１７ｂにパージエアが効率よく当たるようにしてある。なお、図示は省略しているが、両リターンスプリング１８の両端部にそれぞれフックを設ける一方、そのフックとの引っ掛かりをもって当該フックと相対回転可能に係合する係合部をフラップ本体１７ｂおよびキャニスタ本体２にそれぞれ設け、上記フックを中心とした回転方向で両リターンスプリング１８をフラップ本体１７ｂおよびキャニスタ本体２に対して相対的に揺動可能とすることが、フラップ１７を円滑に動作させる上で好ましい。また、パージエアの流れが無いときには、フラップ１７の反パージポート８側への回動を規制する図示外のストッパにより、フラップ１７が定常静止位置で保持されるようになっている。

すなわち、蒸発燃料排出室１２内をパージエアが流れると、パージエアがフラップ本体１７ｂをパージポート８側へ押圧する力とリターンスプリング１８の付勢力とがバランスする位置にフラップ１７が回動することになる。つまり、パージエアがフラップ本体１７ｂをパージポート８側へ押圧する力は、パージエアの流量の増加に伴って増大することになるから、フラップ１７はパージエアの流量に応じた位置に回動する。なお、パージエアの流量に応じたフラップ１７の回動変位量は、フラップ本体１７ａのうちパージエアの流れによって押圧される受圧面の大小、および両リターンスプリング１８のばね定数をもって調整可能である。

図４は、ＰＴＣヒータ１０に電力を供給するための電気回路を概念的に示す図である。この図４に示すように、ＰＴＣヒータ１０は、その正極側が、電源であるバッテリ１９にイグニッションスイッチ２０を介して接続されている一方で、そのＰＴＣヒータ１０の負極側は、ポテンショメータ１６を介してグラウンドＧに接続されている。換言すれば、ＰＴＣヒータ１０とポテンショメータ１６は電気的に直列の関係となるように接続されている。なお、バッテリ１９の負極側はグラウンドＧに接続されている。

詳細には、ポテンショメータ１６のケーシング１６ａ内には、円弧状を呈する抵抗体としてのコイル１６ｃと、そのコイル１６ｃに当接する可動子としてのブラシ１６ｄとがそれぞれ収容されていて、コイル１６ｃの一端がＰＴＣヒータ１０の負極側に接続されている一方、ブラシ１６ｄがグラウンドＧに接続されている。ブラシ１６ｄは、フラップ１７とともに回転する入力軸１６ａと図示外の連動機構を介して機械的に連結されており、入力軸１６ａの回転に連動してコイル１６ｃ上を当該コイル１６ｃの長手方向に摺動するようになっている。そして、このようなブラシ１６ｄの動作により、コイル１６ｃのＰＴＣヒータ１０側端部とブラシ１６ｄとの間の距離が変化することで、ポテンショメータ１６における電気抵抗が連続的に変化することになる。なお、ポテンショメータ１６における電気抵抗は、フラップ１７が定常静止位置にあるときに最大となるように設定してあり、フラップ１７の開度が大きくなるにしたがってその電気抵抗が減少するようになっている。

つまり、本実施の形態では、キャニスタ１内に導入されるパージエア量に応じてフラップ１７の開度が変化し、そのフラップ１７の開度に応じてポテンショメータ１６の電気抵抗が変化することにより、ＰＴＣヒータ１０に印加される電圧が増減することになる。このようにして、ＰＴＣヒータ１０に供給する電力をキャニスタ１内へ導入するパージエア量に応じて制御するようになっている。

より具体的には、一般に、ＰＴＣヒータ１０には、電圧を印加すると初期に大電流が流れていわゆる突入電力として多くの電力を消費し、その後に時間の経過とともに電流が小さくなって消費電力が低下する特性があるが、イグニッションスイッチ２０をＯＮにしたときには、エンジンが停止状態であることからキャニスタ１内へ導入されるパージエア量、すなわち蒸発燃料排出室１２内におけるパージエアの流量が零であり、ポテンショメータ１６の電気抵抗が最大となる。これにより、ＰＴＣヒータ１０が突入電力として消費する電力を抑えられる。

そして、エンジンが稼働して大気ポート９からキャニスタ１内に導入されるパージエア量が増加すると、蒸発燃料排出室１２内におけるパージエアの流れにより、フラップ１７が開いてポテンショメータ１６の電気抵抗が減少し、ＰＴＣヒータ１０に印加される電圧が増加する。これにより、ＰＴＣヒータ１０の発熱量が増大して活性炭Ｃが十分に加熱され、その活性炭Ｃから燃料が効率良く脱離するようになる。

したがって、本実施の形態によれば、キャニスタ１内におけるパージエアの流量に応じてＰＴＣヒータ１０に供給する電力を可変制御することにより、キャニスタ１内におけるパージエアの流量、すなわち活性炭Ｃから脱離する燃料の量が比較的多く、活性炭Ｃから多量の熱が奪われるときには比較的大きい電力をＰＴＣヒータ１０に供給して十分な発熱量を得る一方で、キャニスタ１内におけるパージエアの流量、すなわち活性炭Ｃから脱離する燃料の量が比較的少なく、活性炭Ｃから奪われる熱量が比較的少量であるときにはＰＴＣヒータ１０に供給する電力を抑えることで、キャニスタ１のパージ効率の向上を図りつつもＰＴＣヒータ１０の通電量を低減して消費電力を抑えることができる。

また、ＰＴＣヒータ１０は、周囲の温度の上昇に伴って電気抵抗が増大する周知の抵抗−温度特性によって周囲の温度を自己調節する機能を有しているため、ＰＴＣヒータ１０の周囲の温度が所定の設計温度以上に上昇するようなことはなく、安全であるとともに電気効率がよい。

なお、本実施の形態では、いわゆる二室タイプのキャニスタを用いた蒸発燃料処理装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はキャニスタの形式を問わずに適用可能であることは言うまでもない。

本発明の実施の形態としてキャニスタを示す一部切欠平面図。図１におけるＡ矢視図図１におけるＢ−Ｂ断面図図１におけるＰＴＣヒータに電力を供給するための電気回路を示す概略図。

符号の説明

１…キャニスタ
１０…ＰＴＣヒータ（電気ヒータ）
１５…計量装置（給電制御手段）
１６…ポテンショメータ（可変抵抗器）
１７…フラップ

Claims

燃料タンクで発生した蒸発燃料をキャニスタ内の吸着材に一旦保持し、エンジン稼働時にそのエンジンの吸気圧をもってキャニスタ内に導入したパージエアにより、上記吸着材から上記蒸発燃料に相当する燃料を脱離させて上記エンジンへ供給する蒸発燃料処理装置であって、電気ヒータをもって上記吸着材を加熱するようにしたものにおいて、
上記キャニスタ内に導入するパージエア量に応じて上記電気ヒータに供給する電力を可変制御する給電制御手段を有していることを特徴とする蒸発燃料処理装置。
上記電気ヒータがＰＴＣヒータであることを特徴とする請求項１に記載の蒸発燃料処理装置。
上記給電制御手段は、上記キャニスタ内におけるパージエアの流路を遮るように配置され、そのパージエアの流量に応じて動作するフラップと、上記電気ヒータに電力を供給するための電気回路に介装され、上記フラップの位置に応じて電気抵抗が変化する可変抵抗器と、を備えていて、
上記パージエアの流量増加に伴って上記可変抵抗器の電気抵抗が減少し、上記電気ヒータに供給する電力が増大するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発燃料処理装置。
上記可変抵抗器の電気抵抗が上記フラップの位置に応じて連続的に変化するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の蒸発燃料処理装置。
上記キャニスタの内部空間のうち上記エンジンの吸気通路に接続されるパージポートの直前に、上記吸着材の充填されていない蒸発燃料排出室が形成されていて、その蒸発燃料排出室に上記フラップが配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の蒸発燃料処理装置。